3. Промышленное применение сухих дрожжей

В различных частях земного шара вырабатывают огромное множество спиртных напитков. В основе производства большинства из них лежит сбраживание сахаров дрожжами, а различия связаны с источником сбраживаемых сахаров и с тем, перегоняется ли продукт или нет. Конечная концентрация спирта при спиртовом брожении может достигать 15%, как, например, в некоторых бордоских винах. В таких количествах этанол токсичен для самих дрожжей, поэтому если необходимо увеличить уровень спирта, то его концентрируют с помощью перегонки. Однако в большинстве сортов вина и пива спирта не более 10% сбраживании сахаров.

При сбраживании сахаров образуется почти столько же углекислого газа, сколько и спирта:

С6Н12О6= 2С2О5Н + 2СО2

Именно углекислый газ, вырабатываемый дрожжами, представляет собой продукт, имеющий важное значение для хлебопекарной промышленности. Тесто поднимается благодаря углекислому газу, который выделяют дрожжи, внесенные в тесто при его замешивании.

Для получения хлеба с равномерной структурой существенно, чтобы дрожжи были распределены по всему тесту равномерно. Дрожжи также придают хлебу запах, однако это свойство обычно не столь существенно: при использовании современных активных штаммов пекарских дрожжей требуемое количество дрожжей настолько мало, что хлеб с дрожжевым запахом встречается теперь редко. Хотя в спиртовом производстве углекислый газ представляет собой побочный продукт, на ряде крупных винокуренных заводов его улавливают, нагнетают под давлением в баллоны и продают в виде жидкого углекислого газа. Один из потребителей такого углекислого газа — промышленность, производящая напитки: углекислый газ используется здесь для получения шипучих напитков. Это второй пример экономической важности такого продукта ферментации дрожжей, как углекислый газ. В ходе каждого процесса ферментации количество дрожжей увеличивается по сравнению с первоначально внесенным в культуру не менее чем в три раза. Этот излишек дрожжей представляет собой еще один побочный продукт, который пошел бы в отходы, не найдись и ему применение. Излишек дрожжей от пивоварения и производства спирта традиционно использовался в качестве пекарских дрожжей. Предпочтение отдавалось дрожжам винокуренного производства, поскольку они не имели привкуса хмеля, характерного для непромытых пивных дрожжей. Такая практика, возможно, еще существует во многих странах, однако в наиболее развитых государствах для хлебопекарной промышленности выращивают специальные дрожжи, поэтому для пивных дрожжей приходится искать другие применения. Одно из важных применений таких дрожжей состоит в приготовлении на их основе гидролизатов и автолизатов, которые служат в качестве вкусовых добавок. «Отработанные» дрожжи используются также в производстве кормов для животных. Большая часть дрожжей винокуренного производства в процессе перегонки разрушается и приобретает вид густой коричневой жидкости, называемой бардой. Барда находит применение в производстве кормов для животных, а в высушенном виде служит источником питательных веществ и других промышленных микробиологических процессах. Рост дрожжей в анаэробных условиях приводит к образованию большого количества этанола, но выход дрожжевых клеток на единицу затраченного субстрата при этом невысок. Такие условия выращивания не годятся в тех случаях, когда необходимо получить много дрожжевых клеток, — к подобным процессам относится производство пекарских дрожжей и дрожжевой биомассы, идущей на корм животным. Наиболее высокий выход дрожжей достигается при выращивании их в условиях эффективной аэрации на среде, содержащей низкую концентрацию сахаров. Сейчас промышленный спирт получают из нефти, однако в прошлом его вырабатывали микробиологическим путем. В настоящее время таким способом приходится получать только тот спирт, который применяется в пищевой промышленности и медицине. Кроме алкогольных напитков сюда относится спирт, предназначенный для лекарственных нужд, и спирт, используемый как исходное вещество в производстве уксуса.

Роль сухих дрожжей в производстве алкогольных напитков

В основе производства большинства спиртных напитков, например пива, сидра, виски, джина лежит процесс ферментации (брожения) дрожжей. На рис. 5, например, приведена схема приготовления пива.

Рис. 5 Пекарские сухие дрожжи и получение биомассы

Основная цель производства пекарских дрожжей состоит в получении дрожжей, которые с высокой скоростью вырабатывают в тесте углекислый газ; однако это производство можно рассматривать и как особый процесс накопления биомассы. Поскольку пекарские дрожжи добавляют к муке в концентрации 1 % от веса муки, они составляют важный источник микробной биомассы в пище человека. В Западной Европе каждый человек потребляет с пищей около 2 г дрожжевого белка в неделю, В табл.3 приведен аминокислотный состав и содержание витаминов в пекарских дрожжах.

Хотя установлено, что на протяжении многих лет могут служить хорошей пищевой добавкой, они, тем не менее, уступают по своим питательным качествам животным белкам. Традиционное использование дрожжей в хлебопечении привело к тому, что они стали более приемлемым источником пищи, чем другие микроорганизмы. Несмотря на то, что дрожжи, по-видимому, не обладают каким либо значительным токсическим эффектом, они все же содержат сравнительно большое количество нуклеиновых кислот. Высокое содержание нуклеиновых кислот может вызвать повышение уровня мочевой кислоты в организме человека, приводящее к подагре; в связи с этим рекомендуется потреблять не более 30 г сухих дрожжей в день. Производство пекарских дрожжей включает в себя решение ряда дилемм. Хотя пекарские дрожжи должны функционировать в анаэробных условиях, производить их необходимо при хорошей аэрации, ибо только так можно добиться большего выхода дрожжевых клеток, Полученные дрожжи должны обладать высокой активностью в тесте, а, кроме того, хорошо храниться и (в случае использовании сухих дрожжей) не терять своих качеств при высушивании. К сожалению, штаммы, проявляющие наибольшую эффективность при брожении, обычно хуже хранятся и теряют свою активность при высушивании. Поэтому приходится выбирать компромиссные условия выращивания, чтобы получить пекарские дрожжи, обладающие хорошей активностью и высокой стабильностью. Дрожжи выращивают в больших сосудах при интенсивном перемешивании и аэрации; в сосуды подается питательный раствор, содержащий сахара, соли и витамины, — основой питательной среды обычно служит меласса. Питательные вещества не добавляются полностью в начале ферментации, а поступают в сосуды непрерывно или порциями через короткие интервалы времени в течение всего процесса. Если добавить сразу слишком много сахара, уровень его в среде повысится, дрожжи переключат свой метаболизм па брожение и выход дрожжевых клеток уменьшится (см. гл. 3). По завершении роста дрожжи концентрируют центрифугированием и затем фильтруют; образующийся на фильтре осадок (кек) можно превращать в брикеты прессованных дрожжей. Сухие дрожжи получают высушиванием дрожжевого кека в вальцовых сушилках, а в последнее время—на распылительных сушил к ах. Продукты, получаемые из дрожжей

Автолизаты и гидролизаты

Дрожжевые гидролизаты и автолизаты обладают способностью придавать пищевым продуктам привкус мяса (или усиливать такой вкус), поэтому они широко используются в пищевой промышленности для приготовления супов и приправ, а также для придания вкуса таким продуктам, как хрустящий картофель. Гидролизаты получают, нагревая дрожжевые клетки при 100°С в присутствии НСI до тех пор, пока большая часть белков не гидролизуется до аминокислот. Затем препарат нейтрализуют NаОН, фильтруют и концентрируют в виде густой пасты. Конечный продукт содержит большое количество соли, образовавшейся при нейтрализации кислоты. Автолиз отличается от гидролиза тем, что при автолизе разрушение клеточных компонентов - белков и нуклеиновых кислот - осуществляется под действием ферментов, синтезированных самой дрожжевой клеткой. Этот процесс может протекать в естественных условиях, но он ускоряется при нагревании до 50°С и добавлении соли. Автолиз обычно продолжается в течение одного дня: за это время не менее половины белков клетки расщепляется до аминокислот. Продукт затем фильтруют и концентрируют в густую пасту. Вероятно, вкус мяса, который характерен для дрожжевых автолизатов, обусловлен аминокислотами и небольшими пептидами, образующимися под действием протеаз в ходе автолиза; в усилении привкуса большую роль могут играть и нуклеотиды, например инозин-5’- монофосфат и гуанозив-5’-монофосфат.